Einblicke in die Biosynthese der Isopren-Vorläufermoleküle und ihre möglichen semisynthetischen Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Groll
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 195109706

Eu- und Prokaryonten benötigen Isopentenylpyrophosphat (IPP) und Dimethylallylpyrophosphat (DMAPP) als Vorstufen für den Aufbau von Terpenen. Im Gegensatz zu höheren Organismen, welche diese essentiellen Metabolite über den Mevalonat-Stoffwechsel generieren, verwenden viele humane Pathogene, beispielsweise Plasmodium falciparum und Mycobacterium tuberculosis, hierfür den Deoxyxylulose Biosyntheseweg (DXP). Deshalb stellt DXP einen vielversprechenden Angriffspunkt für die Medikamentenentwicklung dar. Die letzten beiden Enzyme des DXP sind die Fe4S4 Proteine IspG und IspH, welche eine 2H+/2e- Reduktion durch einen einzigartigen Mechanismus katalysieren. In der vorrausgegangenen Finanzierungsperiode GR 1861/5-1 haben wir unsere Forschung auf IspH fokussiert. Die Ergebnisse sind in fünf Publikationen mit hohem Impact beschrieben und dienen uns als Vorlage für die Untersuchung von IspG. Unser Ziel ist es, mehrere postulierte Reaktionsintermediate von IspG in Komplex-Kristallstrukturen zu visualisieren und zu charakterisieren. Darüber hinaus möchten wir die Bindung von verschiedenen Inhibitoren an das aktive Zentrum der Reduktase untersuchen. In Kombination mit EPR- und Isotopenmarkierungsexperimenten soll der seit Langem ungeklärte Reaktionsmechanismus von IspG aufgeklärt werden, wodurch die Grundlage für eine rationale Medikamentenentwicklung geschaffen wird. Interessanterweise besitzen auch Pflanzenpathogene weit entfernte Homologe von IspG, deren strukturelle und funktionelle Charakterisierung von zentralem Interesse für die Entwicklung von Herbiziden ist. Darüber hinaus werden wir an der Semisynthese zur Produktion von Steroidderivaten arbeiten. Unser Fokus ist zunächst auf die Squalen-Monooxygenase gerichtet. Dieses membrangebundene FADH2-abhängige Enzym wandelt das kommerziell erhältliche und billige Vorläufermolekül Squalen in (S)-2,3-Epoxysqualen um, eine chemisch äußerst komplexe und für die Biosynthese von zahlreichen Steroiden wichtige Zwischenstufe. Die strukturelle und funktionelle Charakterisierung dieser Monooxygenase, die eine einzigartige Primärsequenz aufweist, wird helfen dieses Enzym in der Bioprozeßtechnik zu implementieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Eric Oldfield, Ph.D.